丙酮酸激酶M2型在非小細胞肺癌中的作用

徐江莉 宋新宇▲ 鄭紅艷 熊曉琦 楊愛蘭 李 勛

1.湖北省宜昌市中心人民醫院 三峽大學第一臨床醫學院呼吸與危重癥醫學科，湖北宜昌 443003；2.湖北省宜昌市中心人民醫院 三峽大學第一臨床醫學院中心實驗室，湖北宜昌 443003；3.湖北省枝江市人民醫院 宜昌市中心人民醫院枝江分院呼吸與危重癥醫學科，湖北宜昌 443200；4.湖北省枝江市人民醫院 宜昌市中心人民醫院枝江分院介入放射科，湖北宜昌 443200；

肺癌是導致全球范圍內癌癥相關病死的首要因素，其發病率及病死率均位于前列[1]，肺癌分為小細胞肺癌、非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）；蛋白激酶B/絲氨酸/蘇氨酸激酶（protein kinase B，PKB/AKT）信號通路，是磷脂酰肌醇3-激酶/AKT（phosphoinositide 3-kinase/AKT，PI3K/AKT）通路的一部分，其是細胞生長、增殖和遷移的關鍵調節因子，與腫瘤發生、發展密切相關[2]。丙酮酸激酶M2型（pyruvate kinase M2，PKM2）作為糖酵解過程中的關鍵限速酶[3]，參與腫瘤細胞的生長、增殖、轉移等過程[4]，并可作為AKT信號通路的下游靶基因參與腫瘤細胞生理過程。

1 AKT通路、PKM2與NSCLC

1.1 NSCLC

肺癌起源于氣管、支氣管黏膜或腺體，是常見惡性腫瘤之一，高病死率與發病率使其成為全球范圍內負擔最重的惡性腫瘤之一，其中，NSCLC約占85%[1]。當前，臨床上針對NSCLC的治療方法多樣，但肺癌治療中的耐藥性問題仍未得到有效解決，導致治療及預后不良。因此，研究NSCLC的增殖、擴散、轉移、耐藥性以及尋找可能的治療靶點，在提高治療效果、生存率及延長生存時間等方面具有重大意義。

1.2 AKT通路

AKT是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，對多種細胞功能發揮關鍵作用，如細胞生長周期、細胞代謝、基因轉錄及蛋白質合成等。AKT可以通過各種信號激活[5]，其中PI3K/AKT信號通路是目前研究最多的調控通路[6]。研究認為，在多種惡性腫瘤中普遍存在PI3K/AKT通路的異常激活，與患者的預后不良有顯著相關性[7]；深入研究發現，PI3K/AKT信號轉導能夠引起許多下游信號通路的活化[2]，這些通路參與細胞增殖、細胞周期、細胞凋亡等生物功能。

1.3 PKM2

丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PK）是細胞代謝的關鍵酶，促進磷酸烯醇式丙酮酸、二磷酸腺苷之間不可逆的磷酸化反應，產生磷酸酯和三磷酸腺苷[8]。細胞中PK存在四種亞型：丙酮酸激酶L型、丙酮酸激酶R型、丙酮酸激酶M1型和PKM2[4]，每種亞型具有不同的生物學功能和分布特點。PKM2主要存在于腫瘤、胚胎組織等具有高合成代謝要求的細胞中[5]，其具有兩種形式，即高活性四聚體、低活性二聚體。PKM2在腫瘤細胞中高表達有多種原因[9]。腫瘤細胞中，PKM2優先表達為低親和力二聚體形式，使得磷酸烯醇類物質積累，為腫瘤細胞增殖提供能量基礎促進生長和擴散；而在缺氧、營養不良狀態時，PKM2會以高親和力四聚體形式表達，以維持其存活、生長和增殖；此外，PKM2還參與了癌相關基因的轉錄，影響腫瘤發生發展[10-13]。

2 PI3K/AKT通路在NSCLC中的作用

2.1 PI3K/AKT信號通路

PI3K/AKT通路是細胞內關鍵信號傳導途徑之一，通過一系列下游底物的絲氨酸或蘇氨酸磷酸化介導來響應細胞外信號，進而影響細胞代謝、細胞增殖、細胞存活、細胞生長和血管生成[12-13]，涉及的關鍵基因是PI3K和AKT。PI3K由p85調節亞基和p110催化亞基構成。當細胞接收到外來信號，配體與受體結合，受體激活p85并招募p110，催化磷脂酰肌醇二磷酸生成磷脂酰肌醇三磷酸（phosphatidylinositol-3，4，5-trisphosphate，PIP3）；PIP3作為第二信使招募磷酸肌醇依賴性蛋白激酶-1（phosphoinositide-dependent protein kinase 1，PDK1）和AKT蛋白到質膜上，使PDK1磷酸化AKT蛋白的308號位的蘇氨酸，導致AKT部分活化，當哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合體2磷酸化473號位的絲氨酸時，可激發AKT完全的酶活性[14]。由于PI3K/AKT通路這種特殊的激活過程，許多腫瘤增殖、代謝的相關研究著眼于拮抗PI3K和AKT，通過抑制AKT磷酸化、去磷酸化，降低細胞中的AKT磷酸化水平，從而阻斷PI3K/AKT信號通路。

2.2 PI3K/AKT下游蛋白及其細胞效應

PI3K/AKT通路的細胞內效應主要與其下游蛋白功能相關。AKT激活后會磷酸化其下游靶標[2，9]，如泛素蛋白連接酶2、結節性硬化癥蛋白復合體2、糖原合成酶激酶-3、叉形頭轉錄因子O型、雷帕霉素靶蛋白等，通過其下游蛋白的功能調控細胞的生長、存活、增殖、糖代謝等一系列生命活動，進而參與癌癥、心血管疾病、糖尿病及神經系統疾病的發生發展[15]。

2.3 PI3K/AKT信號通路在NSCLC中的作用

肺癌細胞通過PI3K/AKT信號通路促進內皮細胞管的形成和存活，為腫瘤的生存和生長創造有利條件[16]，并參與腫瘤耐藥性的產生[17]。呼吸道惡性腫瘤中PI3K/AKT信號通路的異常激活現象表明，該通路在呼吸道惡性腫瘤的進程中起重要作用，并且與患者的不良預后有著顯著關聯[18]。同時，在NSCLC的表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）突變體中，作為EGFR的下游信號，PI3K/AKT通路被顯著激活。而使用EGFR酪氨酸激酶抑制劑治療后，PI3K/AKT活性可被抑制，細胞增殖能力顯著降低[19]。因此，干預PI3K/AKT信號通路可能是探索NSCLC的有效治療方法的基點[17-20]。

3 PI3K/AKT信號通路中PKM2的作用

PKM2可通過調節有氧糖酵解途徑調節多種細胞內信號轉導[11-13]。并且有研究認為，除在糖酵解途徑中的作用，PKM2可作為關鍵下游介質，介導PI3K/AKT通路轉導，參與調控細胞生長、增殖、存活[21-22]、自噬、遷移[23]、凋亡[24]等多種細胞效應過程。PKM2的減少可抑制PI3K/AKT通路，而抑制PI3K/AKT通路可反向減弱PKM2表達[25]。同時，PKM2可與信號傳導及轉錄蛋白[26]、缺氧誘導因子-1α[27]、轉錄因子[28]等PI3K/AKT下游蛋白相結合，參與PI3K/AKT通路不同細胞效應過程。因此，PKM2可作為PI3K/AKT通路的研究靶點，為臨床提供更加深入理解腫瘤的視角，為抗腫瘤藥物研發指引新路徑。

4 PKM2在NSCLC中的研究

4.1 PKM2促進NSCLC增殖、轉移

NSCLC組織中PKM2高表達，與預后呈負相關[29]。PKM2不僅可以通過改變表達形式和影響腫瘤微環境促進增殖和轉移；在缺氧條件下，PKM2蛋白會在外泌體中表達上調，直接轉運至腫瘤細胞參與糖代謝，同時影響腫瘤微環境加速癌變[30]，敲除PKM2基因后NSCLC中增殖、遷移、侵襲和糖酵解等細胞效應顯著抑制[31]。NSCLC細胞可向細胞外釋放PKM2，激活PI3K/AKT信號通路，從而導致E-鈣黏蛋白表達下調，并促進N-鈣黏蛋白等基因的表達，促進細胞遷移、轉移[32]。PKM2可以與PI3K/AKT通路相互作用，利用各種AKT下游靶向蛋白的作用參與NSCLC細胞的發生、發展。同時有研究表明，PKM2在肺癌干細胞中高表達，促進腫瘤干細胞增殖[33]。線粒體在生命過程中發揮多種功能，包括控制應激反應、細胞信號調節和細胞凋亡[34]。在線粒體中，四聚體PKM2在高氧化態下抑制細胞線粒體途徑凋亡[35]。

4.2 PKM2促進NSCLC耐藥

PKM2的過表達可能與NSCLC耐藥性有關。抑制PKM2，可以逆轉、去分化NSCLC細胞，提高細胞對藥物的反應敏感性[22]且有助于NSCLC細胞在體外和體內的放射敏感性[36]。因此，PKM2有可能成為針對肺癌及其他特定表達PKM2的惡性腫瘤的有效治療新靶點，為惡性腫瘤的治療提供了新的可能性。

5 總結與展望

當前，NSCLC的發病率仍逐年上升，盡管各新生檢測技術在早期篩查診斷中推廣、各種創新性治療方案在臨床中使用，但由于腫瘤晚期化療、靶向治療、免疫治療耐藥等原因，NSCLC病死率仍居高不下。如何高效的早期初篩、診斷，以及挖掘新的治療靶點迫在眉睫。腫瘤的強代謝適應性、易產生耐藥性，是腫瘤細胞難以消滅的關鍵因素，其中PKM2表達與活性調控在此過程中發揮重要作用。盡管大量研究表明，PKM2在腫瘤細胞中的表達水平較高，但其尚未被充分利用于臨床實踐，其在早期診斷中的潛力仍有待進一步挖掘。PKM2作為腫瘤代謝及其調控的核心分子，目前針對性治療研究尚顯不足，動物實驗與臨床試驗的數量較少且研究深度有限，細胞實驗的結果也缺乏系統性的歸納與總結。因此，針對PKM2的藥物研發及其機制的研究對于NSCLC的治療具有重要意義。